多线程案例(1)-单例模式

2023-08-10 47

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简介： 多线程案例(1)-单例模式

大家好，我是晓星航。今天为大家带来的是多线程案例一相关的讲解！😀

多线程案例一

一、单例模式

单例模式是校招中最常考的设计模式之一.

啥是设计模式?

设计模式好比象棋中的 “棋谱”. 红方当头炮, 黑方马来跳. 针对红方的一些走法, 黑方应招的时候有一些固定的套路. 按照套路来走局势就不会吃亏.

软件开发中也有很多常见的 “问题场景”. 针对这些问题场景, 大佬们总结出了一些固定的套路. 按照这个套路来实现代码, 也不会吃亏.

单例模式能保证某个类在程序中只存在唯一一份实例, 而不会创建出多个实例.

这一点在很多场景上都需要. 比如 JDBC 中的 DataSource 实例就只需要一个.

单例模式具体的实现方式, 分成 “饿汉” 和 “懒汉” 两种.

饿汉模式

类加载的同时, 创建实例.

class Singleton {
    //在此处，先把这个实例给创建出来了
    private static Singleton instance = new Singleton();
    //如果需要使用这个唯一实例，统一通过 Singleton.getInstance() 方式来获取
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
    public Singleton() {
    }
    //为了避免 Singleton 类不小心被复制出多份来。
    //把构造方法设为private 在类外面，就无法通过new的方式来创建这个 Singleton 实例了
}

1.static这个操作，是让当前 instance 属性是类属性。类属性是长在类对象上的，类对象又是唯一实例的。(只是在类加载阶段被创建出一个实例)

2.构造方法是设为private。外面得代码无法 new

类加载：运行一个Java程序，就需要让Java进程能够找到并读取对应的.class文件，就会读取文件内容，并解析，构造成类对象…这一系列的操作过程，称为类加载。要执行Java程序前提就是得把类加载起来才行。

懒汉模式-单线程版

类加载的时候不创建实例. 第一次使用的时候才创建实例.

class Singleton {
    //在此处，先把这个实例设为空
    private static Singleton instance = null;
        //如果需要使用这个唯一实例，统一通过 Singleton.getInstance() 方式来获取
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
       }
        return instance;
   }
    //为了避免 Singleton 类不小心被复制出多份来。
    //把构造方法设为private 在类外面，就无法通过new的方式来创建这个 Singleton 实例了
    private Singleton() {
    }
}

这个实例并非是类加载的时候创建了。而是真正第一次使用的时候，才去创建(如果不用，就不创建了)

懒汉模式-多线程版(比饿汉模式相率更高)

上面的懒汉模式的实现是线程不安全的

线程安全问题发生在首次创建实例时. 如果在多个线程中同时调用 getInstance 方法, 就可能导致创建出多个实例.

一旦实例已经创建好了, 后面再多线程环境调用 getInstance 就不再有线程安全问题了(不再修改 instance 了)

加上 synchronized 可以改善这里的线程安全问题.

class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton() {}
    public synchronized static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
       }
        return instance;
   }
}

注意这里的synchronized要加在读(if语句)和写(instance new一个新对象)上面，把他们一起锁住。

懒汉模式-多线程版(改进)

以下代码在加锁的基础上, 做出了进一步改动:

使用双重 if 判定, 降低锁竞争的频率.
给 instance 加上了 volatile.

class Singleton {
    private static volatile Singleton instance = null;
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
           if (instance == null) {
               instance = new Singleton();
               }
           }
       }
        return instance;
   }
}

理解双重 if 判定 / volatile:

加锁 / 解锁是一件开销比较高的事情. 而懒汉模式的线程不安全只是发生在首次创建实例的时候. 因此后续使用的时候, 不必再进行加锁了.

外层的 if 就是判定下看当前是否已经把 instance 实例创建出来了.

同时为了避免 “内存可见性” 导致读取的 instance 出现偏差, 于是补充上 volatile .

当多线程首次调用 getInstance, 大家可能都发现 instance 为 null, 于是又继续往下执行来竞争锁, 其中竞争成功的线程, 再完成创建实例的操作.

当这个实例创建完了之后, 其他竞争到锁的线程就被里层 if 挡住了. 也就不会继续创建其他实例.

有三个线程, 开始执行getInstance, 通过外层的 if (instance == null) 知道了实例还没有创建的消息. 于是开始竞争同一把锁.

其中线程1 率先获取到锁, 此时线程1 通过里层的 if (instance == null) 进一步确认实例是否已经创建. 如果没创建, 就把这个实例创建出来.

当线程1 释放锁之后, 线程2 和线程3 也拿到锁, 也通过里层的 if (instance == null) 来确认实例是否已经创建, 发现实例已经创建出来了, 就不再创建了.

后续的线程, 不必加锁, 直接就通过外层 if (instance == null) 就知道实例已经创建了, 从而不再尝试获取锁了. 降低了开销.